Tehnici de transmisiuni digitale si domenii de aplicabilitate. Modulatia de amplitudine

Un semnal electric este numit analogic cand este proportional cu marimea fizica pe care o reprezinta semnalul electric (de ex. curentul generat de microfon este un semnal analogic, care este permanent proportional cu presiunea acustica exercitata asupra microfonului).

Definitie

Un semnal electric este digital daca este compus dintr-o succesiune de simboluri, fiecare simbol putand lua o valoare dintr-un numar finit de valori posibile (de ex. un semnal compus dintr-o succesiune de simboluri binare, care pot avea una din doua valori posibile: prezenta sau absenta semnalului).

Fig. 1. Semnale electrice : a) analogic; b) digital

Fiecare simbol al unui semnal digital poarta in el o cantitate de informatie q, care depinde de numarul m de valori posibile ale simbolului:

q = log₂ m (biti)

Unitatea de informatie se numeste bit si corespunde unui simbol binar.

Viteza de transmisie (rata de transfer) reprezinta numarul de simboluri binare transmise intr-o secunda si se exprima in biti/s (bps).

Semnalele digitale au fata de semnalele analogice avantajul de a fi simple si rezistente la perturbatii. Daca semnalul sursei este de tip analogic este necesara conversia lui in semnal digital, conversie realizata fie direct in terminalul abonatului, fie in circuitul de interfata cu linia analogica a abonatului. La destinatie se va realiza conversia digital-analogica pentru reconstituirea semnalului analogic al sursei.

Dintre metodele de conversie analog-digitala a semnalului, cea mai folosita este modulatia impulsurilor in cod (MIC) sau PCM - Pulse Code Modulation.

Tehnici de modulatie si multiplexarea semnalelor

Modulatia este un proces prin care un parametru care caracterizeaza un semnal purtator (amplitudine, frecventa, faza) este modificat de un semnal de modulatie, astfel incat parametrul modulat urmareste fidel forma semnalului de modulatie, rezultand astfel: modulatia de amplitudine, de frecventa sau de faza.

Semnalul care este modulat poarta numele de semnal purtator deoarece el transporta informatia de la un capat la celalalt al canalului de comunicatie. Folosind frecvente mari ca purtatoare, modulate cu semnale de frecvente vocale (300 ÷ 3400 Hz), se vor putea realiza simultan, pe acelasi circuit fizic, atatea legaturi de telecomunicatii cate frecvente purtatoare se utilizeaza. Deci, prin multiplexare in frecventa realizam schimbarea prin modulare a frecventei cailor pentru a utiliza intregul spectru de transmitere.

Unda purtatoare de frecventa inalta are expresia:

U_F(t) = A₀ cos t = A cos 2 Ft

Oricare dintre cei trei parametrii ai sai (amplitudine A, frecventa F sau faza ) poate fi modificat de semnalul modulator U_f de joasa frecventa.

U_f(t) = A_m cos _mt = A_mcos 2 ft

Rezulta astfel trei tipuri de modulatii:

• modulatia de amplitudine (MA) = amplitudinea instantanee a undei purtatoare variaza in functie de semnalul de modulatie;
• modulatie de frecventa (MF) = frecventa instantanee a undei purtatoare variaza in functie de semnalul de modulatie;
• modulatia de faza (MP) = faza instantanee a undei purtatoare variaza in functie de semnalul de modulatie.

Modulatia de amplitudine (MA).

Acest tip de modulatie se realizeaza prin montaje cu elemente neliniare numite modulatoare.

Unda purtatoare: U_F(t) = A₀ cos t = A₀ cos 2 Ft

Semnalul modulator: U_f(t) = A_m cos ω_mt = A_m cos 2π ft

Unda modulata in amplitudine va avea o amplitudine variabila in timp intre doua valori extreme A_max si A_min. La amplitudinea A₀ a purtatoarei se aduna semnalul modulator.

A(t) = A₀ + A_m cos _mt = A₀ (1+ A_m/A₀ cos _mt) = A₀ (1+ m cos _mt)

unde, m = A_m/A₀ - reprezinta gradul de modulatie

Semnalul modulat U(t) va avea expresia: 

U(t) = A₀ (1+ m cos _mt) cos t

U(t) = A₀ cos t + mA₀/2 cos ( _m)t + mA₀/2 cos ( _m)t

Aceasta expresie arata ca semnalul modulat in amplitudine MA are trei componente:

Purtatoarea - cu parametrii: A₀, F,

O componenta laterala inferioara - cu parametrii: m, A₀/2, F-f

O componenta laterala superioara - cu parametrii: m, A₀/2, F+f

Reprezentand pe o axa a frecventelor amplitudinile acestor componente rezulta spectrul de frecvente a oscilatiilor modulate in amplitudine (fig. 2).

Fig. 2. Spectrul de frecventa a oscilatiilor modulate in amplitudine

Daca semnalul modulator este nesinusoidal dar periodic acesta poate fi descompus in armonice, iar spectrul oscilatiilor modulate in amplitudine va contine:

o banda laterala inferioara - cuprinzand toate componentele de frecvente F-f, F-2f..

o banda laterala superioara cu componente de frecventa F+f, F+2f..

Fig. 3. Spectrul de frecventa a oscilatiilor modulate in amplitudine cu un modul nesinusoidal dar periodic

Banda de frecvente: B = f_max -f_min = 2 f_max ,

iar gradul de modulatie este: m = A_m/A₀ ,

m = (A_max - A_min) / (A_max + A_min); m

Forma semnalelor MA este prezentata in fig.4

Fig.4. Forma semnalelor MA: a - semnal modulator; b - semnal purtator;

c - semnal modulat.